Det beste kjernefysiske alternativet

Se for deg en atomindustri som kan drive Amerika i flere tiår ved å bruke sitt eget radioaktive søppel, og brenne opp delene av dagens reaktoravfall som er vanskeligst å kvitte seg med. Legg til teknologi som tar kjernefysisk agner, uran som ble utvunnet og behandlet, men som stort sett var ubrukelig, og konverterer det til enda mer drivstoff. Legg så til en global forretningsmodell som gjør det mye mindre sannsynlig at reaktorbiprodukter som plutonium vil finne veien til atomvåpen i land som Iran, selv når økonomisk atomkraftteknologi blir tilgjengelig for hele verden.





Det amerikanske energidepartementet fremmer langt ut avfallsresirkuleringsteknologier som krever nye reaktordesign. Men oppdaterte konvensjonelle design som GEs økonomiske forenklede kokende vannreaktor (vist her) er klare i dag. (Kreditt: Bryan Christie)

Det er det forlokkende trippelspillet Bush-administrasjonen håper å snu med Global Nuclear Energy Partnership (GNEP) den avduket tidligere i år, et foreslått langsiktig forsknings- og utviklingsprogram som er nesten like dristig som Manhattan-prosjektet. De grunnleggende drivstoffreprosesseringskonseptene i hjertet har vært i sving i det meste av et halvt århundre. Nå blir de presentert på nytt som en måte å gi rikelig med karbonfritt drivstoff til en energihungrig verden truet av menneskeskapte klimaendringer.

Det er ikke for sent: Spesialrapport om energi

Denne historien var en del av vår utgave fra juli 2006



  • Se resten av saken
  • Abonnere

I henhold til planen, som administrasjonen har bedt om 250 millioner dollar for regnskapsåret som begynner 1. oktober, vil USA og visse partnerland behandle brukt kjernebrensel ved å bruke nye teknikker som vil gjøre noe av det til mer drivstoff og minimere mengden som krever deponering . USA og dets partnere vil også leie ut reaktordrivstoff til andre land, som deretter vil returnere det brukte brenselet sitt for å bli reprosessert.

Teknologien kan utnytte uran langt mer effektivt: Phillip J. Finck, assisterende direktør ved Argonne National Laboratory nær Chicago, sier at den kan trekke ut opptil 100 ganger så mye energi fra uran som nå er mulig. Med avfallet som nå er hopet opp ved reaktorer rundt om i USA, sier teorien, at GNEP kan produsere all elektrisiteten landet vil trenge i flere tiår, kanskje til og med århundrer – forutsatt at nok av de nødvendige nye reaktorene kan bygges. Det vil eliminere omtrent en tredjedel av alle amerikanske karbondioksidutslipp (omtrent den delen som i dag kommer fra kraftverk med fossilt brensel). Alt dette samtidig som det reduserer avfall og hindrer avledning av drivstoff til atomvåpen.

Multimedia

  • Video: Forskere snakker ut om trusselen om global oppvarming og hvordan de skal håndtere den.

I praksis vil det imidlertid i det beste scenarioet ta flere tiår å utvikle GNEP, og i verste fall kan det ikke produsere noe; det kan vise seg å være en ikke-starter av tekniske årsaker, eller teknologien kan være økonomisk ukonkurransedyktig med andre karbonfrie elektrisitetskilder. Og programmet kan undergrave et mer beskjedent og oppnåelig mål: å gjenopplive en atomindustri som ikke har startet et vellykket reaktorprosjekt siden 1974.



I dag har en offentlighet som en gang var på vakt mot atomenergi åpnet opp for det som et mulig svar på global oppvarming. Nye reaktordesigner som ligner de som brukes i dagens kommersielle flåte – men som sies å være sikrere og mer effektive – er allerede godkjent eller under vurdering av U.S. Nuclear Regulatory Commission. Verktøy er i forskjellige stadier av planlegging av minst 16 slike reaktorer (se Omrøring av fornyelse diagram ) og kan sende inn søknader til Flyktninghjelpen allerede i slutten av neste år.

Slike reaktorer er det mest lovende alternativet på kort sikt til ekstra konvensjonelle kullanlegg som produserer enorme mengder karbondioksid. Men det er usikkert når eller om de skal bygges. Skal det skje, må bransjen overtale investorer til å ta et stort steg. Det betyr å overbevise dem om at anleggene vil konkurrere økonomisk med andre iboende lavkarbonutslippskilder, som vindturbiner, eller med kullanlegg som binder deres karbondioksid – en teknologi som kan være oppnåelig, men som ennå ikke er demonstrert (se The Dirty Secret) . Ifølge Electric Power Research Institute (EPRI), en ideell forskningsorganisasjon basert i Palo Alto, CA, hvis medlemmer inkluderer eiere av kull- og atomkraftverk, kan reaktordesignene på kort sikt knapt være billigere enn sekvestreringsteknologien. Og hvis USA ikke legger noen begrensninger på karbonutslipp, vil atomkraft måtte fortsette å konkurrere med konvensjonelle kullverk.

I mellomtiden venter industrien fortsatt på en løsning på hovedproblemet på kort sikt: hva skal man gjøre med avfall som hoper seg opp ved eksisterende atomkraftverk. Skip Bowman, president og administrerende direktør for Nuclear Energy Institute, industriens handelsgruppe, sier at uten en rask avfallsløsning vil dagens foreløpige renessanse komme til en skrikende stopp. Et selskap kan ikke få lisens for et nytt anlegg uten en plan for avfallet, og på dette tidspunktet er det ingen plan å vente på at energidepartementet åpner sitt lenge forsinkede Yucca Mountain-avfallslager i Nevada. I denne sammenhengen, sier Bowman, presenterer GNEP en distraksjonsfaktor.



Noen akademikere er enige og sier at energidepartementet må utforme en klar atomstrategi og holde fast ved den. Andrew Kadak, en atomingeniør ved MIT (se DOEs uskarpe kjernefysiske syn) , sier avdelingen har fulgt sikksakk-politikk. Han regner GNEP som det femte atominitiativet de siste fem årene, med henvisning til Nuclear Hydrogen Initiative; Nuclear Power 2010 (et forsøk på å bryte bakken på en ny konvensjonell reaktor innen det året); Generasjon IV (en ny serie reaktorteknologier, for eksempel gasskjølte eller blykjølte anlegg); og Advanced Fuel Cycle Initiative, som deler av GNEP ligner.

Dersom Energidepartementet ønsker å redusere karbondioksidutslippene ved å fremme den lovede gjenopplivingen av kjernekraft, må det skynde seg før kraftselskapene fyller markedet med konvensjonelle kullverk som kan vare i 50 år. GNEP kan bare svekke avdelingens fokus, og legge til kostnader og kompleksitet med nye, uprøvde teknologier.

Raske reaktorer, langsom fremgang



GNEP er en svært langsiktig visjon; mesteparten av de opprinnelige 250 millioner dollar ville bli brukt bare for å studere hvordan de nye teknologiene kan fungere og hva de vil koste. Men dens talsmenns tankegang er at vi trenge en svært langsiktig visjon. Energidepartementet spår at 1000 atomkraftverk vil være i drift over hele verden innen midten av århundret, opp fra 441 i dag. Og den eksisterende uranforsyningen, hevder GNEP-talsmenn, vil ikke mate så mange reaktorer.

Størrelsen på uranforsyningen er faktisk ukjent, fordi uran gikk gjennom en lang periode med prispress, og det er ikke mange som har vært på jakt etter det i det siste. Ifølge industrikilder er det kjent at rundt 3 millioner tonn eksisterer, men ytterligere 12 millioner tonn eller så kan være der ute. (En MIT-studie i 2003 spådde at nok uran fortsatt var tilgjengelig til å bygge 1000 reaktorer og drive dem i 40 år.) I den grad vi kan trenge å strekke denne ressursen, tilbyr imidlertid GNEP en måte – i det minste på papiret – å gjenvinne enorme mengder ekstra energi fra den.

Eksisterende reaktorer genererer energi gjennom en kjedereaksjon som starter når et fritt nøytron treffer et atom av U-235, en isotop av uran, og deler kjernen. Det delte atomet kaster av seg to eller tre nøytroner; vanligvis deler man et annet U-235-atom, og andre blir absorbert av atomer fra en annen uranisotop, U-238, for å danne plutonium-239 og andre transuraniske elementer (de som ligger utenfor uran i det periodiske systemet). Disse transuranene, sammen med fisjonsprodukter som cesiumisotoper, er blant komponentene i kjernefysisk avfall.

Problemet er at U-235 er en relativt sjelden isotop; naturlig uran består av omtrent en del U-235 til 142 deler U-238, som ikke splittes like lett. Uran som brukes til reaktorer anrikes slik at U-235 oppstår i en konsentrasjon på én del av 20. GNEP ville bruke uran mer effektivt ved å brenne transuraner fra brukt brensel, etter at de er separert fra de andre biproduktene gjennom reprosessering. Den kan også utnytte noe av U-238. Nøkkelen ville være å utvikle en ny generasjon reaktorer, kalt raske reaktorer.

Reaktorer som avkjøles av vann, slik nesten alle reaktorer er i dag, bremser nøytronene betraktelig etter at de er frigjort av kjedereaksjonen. Men reaktorene foreslått av GNEP ville ikke; de ville bruke et annet materiale, sannsynligvis smeltet metall, for å frakte varmen. (Dessverre brenner det foretrukne metallet for dette formålet – natrium – ved kontakt med vann eller luft.) Som en biljardball skutt av en kraftigere kø, ville nøytronene gi et større slag – nok til å splitte noe av U-238 som så vel som de transuraniske isotoper.

Transuranene er tilfeldigvis blant de lengstlevende materialene i avfallsstrømmen, og dermed noen av de vanskeligste å kvitte seg med. Det er det som får GNEP til å virke så tiltalende som ikke bare en klimaendringer, men også en avfallsløsning. Finck sier at det teoretisk sett vil kutte varmen og toksisiteten til det som i dag anses som avfall nok til å få Yucca-fjellet til å vare gjennom dette århundret, i stedet for å være fullbooket før den første drivstoffbunten er gravd ned.

Atomkraftpionerer innen industri og myndigheter antok alltid at drivstoff ville bli reprosessert for å gjenvinne plutonium for gjenbruk. Slik reprosessering er måten Manhattan-prosjektet samlet inn plutonium til bomben som ødela Nagasaki. (Hiroshima-bomben brukte anriket uran.) W. R. Grace åpnet et opparbeidingssenter i West Valley, NY, i 1965 og solgte det senere til Getty Oil. Anlegget gikk til 1972 og kostet mer enn 1,6 milliarder dollar å rydde opp. General Electric prøvde også å bygge et anlegg i Morris, IL, men det ble ansett som ubrukelig i 1974. Da forbød president Carter teknologien på grunn av spredningsbekymringer.

GNEP ville bringe disse ideene tilbake fra graven i en mye mer ambisiøs form som vekker slike bekymringer igjen. En bekymring er måten det bombebrukbare materialet vil bli utvunnet fra det brukte drivstoffet. Støttespillere sier at GNEP vil redusere risikoen for spredning, fordi i motsetning til de gamle reprosesseringsteknikkene, som fortsatt brukes i noen land, ville de nye ikke gi rent plutonium. Men i dag er åtte kilo plutonium – mengden som kreves for å lage en bombe – innebygd i omtrent et metrisk tonn høyradioaktivt avfall; i det nye systemet ville det bli fortynnet med bare en liten mengde andre materialer. Regjeringer eller terrorister ville finne det mye lettere å stjele det separerte materialet og utvinne plutonium, sier kritikere, enn de ville gjort å utvinne plutonium fra dagens brukte kjernebrensel.

Energisekretær Samuel Bodman, som diskuterte GNEP, lovet at den ville svare på utfordringene med global terrorisme. Tanken er å babysikre drivstoffsyklusen: land som Iran kan leie drivstoff beriket til reaktornivåer – 5 prosent U-235 – men ikke til bombenivåer, vanligvis høyere enn 90 prosent U-235. De ville sende det brukte brenselet sitt tilbake til mer sikre land for reprosessering og en ny runde inne i de avanserte reaktorene. Disse reaktorene, som ville brenne mange av elementene som produseres i de enklere reaktorene, vil bli plassert på stabile steder som Indiana eller Florida – eller i land som allerede har atomvåpen.

Det resulterende partnerskapet ville gjøre amerikansk politikk for kjernefysisk teknologi mer lik den til Russland og Frankrike, som begge allerede skiller plutonium. Talsmenn nevner dette som en ekstra bonus for et program som, sier Finck, vil gi USA en langsiktig, rimelig, karbonfri energikilde med lav miljøpåvirkning.

GNEP Mirage

Men GNEP kan være en luftspeiling. For det første aner ikke sponsorene hva det vil koste; $250 millioner foreslått av Bush-administrasjonen er for et program som håper å finne ut av det. GNEP-støttespillere sier at teknologien deres vil utvide tilgangen på kjernebrensel nok til å kutte karbonutslippene praktisk talt for alltid og tillate oss å unngå spekteret av å velge mellom global oppvarming og svært dyre energi. Det ser imidlertid ut til at det kan være praktisk å spare penger på kjernebrensel bare hvis prisen ikke er noe objekt.

Richard L. Garwin, en IBM-stipendiat emeritus og medforfatter av syv bøker om atomvåpen og atomkraft, anslår at eksisterende reprosesseringsanlegg som det som opererer i Frankrike forsyner reaktorer med plutonium til en pris på omtrent 1000 dollar per kilo spart uran. Men markedsprisen på uran, påpeker han, er rundt 100 dollar per kilo, og den kan være på en midlertidig topp.

Drivstoff er bare en del av kostnadene ved kjernekraft, og Finck sier at opparbeiding av drivstoff og gjenbruk av det i raske reaktorer bare vil øke de totale kraftkostnadene med rundt 10 prosent. Men hvor selv den beskjedne økningen skulle komme fra, er ikke klart. Frank N. von Hippel, en fysiker og policyekspert ved Princeton Universitys Woodrow Wilson School of Public and International Affairs, bemerker at USA satte seg fore å bygge en rask reaktor på 1970-tallet, men la ned innsatsen i 1983 etter Frankrike, Tyskland og Storbritannia bygde dem og forlot dem som for kostbare og vanskelige. Og når de raske reaktorene først ble bygget, kan systemet som GNEP så for seg, kreve så mange som en av de dyre nye reaktorene for hver tredje ordinære, ifølge sponsorer, avhengig av hvor effektive de nye reaktorene var. Garwin sier om de raske reaktorene: Det er ingen forestilling om at disse tingene skal komme seg økonomisk.

Jeg håper at vi får flere reaktorer; Jeg håper absolutt verden vil ha flere, sier Garwin, og refererer til typene som opererer kommersielt i dag. Men det vil bare skje dersom det ser økonomisk lønnsomt ut for privat industri å komme inn på dette området. Og akkurat nå går mye smarte penger – noe av det kanalisert gjennom energiavdelingen – ikke bare inn i den konvensjonelle kjernekraften, men også til andre karbonfrie energikilder, som vind, sol og kull med karbondioksidbinding.

EPRI analyserte nylig prisene på null-karbon elektrisitetskilder og fant at hvis, som produsentene hevder, nye reaktorer kunne bygges for 1700 dollar per kilowatt kapasitet (mindre enn kostnadene på 1980-tallet, selv før justering for inflasjon), ville de produsere elektrisitet til rundt $49 per megawatt-time. Selv om det er omtrent to tredjedeler av prisen på biomasse, og halvparten av prisen på vind, kan andre teknologier på tegnebrettet gjøre jobben for svært lite mer. For rundt 55 dollar per megawatt-time, fant EPRI, kunne kull gasseres og brennes, og karbondioksidet bindes. Kraftverk som kjører på gassifisert kull har ikke blitt kommersialisert ennå, men konvensjonelle pulverisert kullanlegg kan bygges som vil binde deres karbondioksid, og de vil produsere strøm til omtrent $65 per megawattime. Disse teknologiene oppfattes av investorer som lavere risiko, og USA har hundrevis av år med kull.

Om noen år, eller noen tiår, kan karbonavgifter være universelle i den industrielle verden, en krig i Persiabukta kan få oljeprisen til å doble eller tredobles, og etterspørselen etter elektrisitet kan øke – spesielt hvis noen kom opp med en bedre batteri som kunne masseproduseres for elbiler. Men selv om alle disse tingene presset verden mot nullkarbonenergi, ville vi fortsatt lete etter nullkarbonenergien som koster minst. Det kan være kjernekraft, ifølge EPRI. Men Steve Specker, presidenten for EPRI, forventer et hesteveddeløp mellom forskjellige nullkarbonkullteknologier.

Leker med spredning

Utover kostnadsproblemet kan GNEP reversere en vellykket strategi mot spredning, sier en rekke forskere, inkludert Princetons von Hippel. Han argumenterer for at reprosessering av brukt kjernebrensel skaper for stor risiko, selv om plutoniumet blandes med små mengder andre materialer som ikke utgjør godt bombebrensel. Ikke bare kan plutonium fra brukt brensel falle i gale hender, sier motstandere, men reprosessering i USA kan oppmuntre andre land til å reprosessere atomavfall selv, og gjøre sine egne biprodukter tilgjengelige for våpen.

Gitt at USA ga opp reprosessering på midten av 1970-tallet nettopp av den grunn, finner von Hippel det illevarslende at nå, med GNEP, kunne landet omfavne det igjen. USA har vært usedvanlig vellykket i 30 år med å motsette seg spredningen av reprosessering til ikke-våpenstater ved å fremsette argumentet «We don't reprocesser; du trenger ikke det heller, sier han. Det er en del av logikken i MIT-studien fra 2003, The Future of Nuclear Power, som konkluderte med at opparbeiding som forfulgt av Frankrike, Russland og Japan ikke ga tilstrekkelig beskyttelse mot spredning. Den konkluderte også med at utsiktene til mangel på uran ikke ville være en grunn til å gå over til reprosessering i USA i mange år fremover.

Det er lett å se hvorfor forskningsmiljøet er henrykt over GNEP. Det representerer en enorm kilde til midler. Det er et brød og fisk-triks for den industrialiserende verden, spesielt for byråkrater som ønsker å forløse spådommene deres forgjengere fra 1950-tallet gjorde om makt for billig å måle. Men GNEP er ikke relevant for en gjenoppliving av kjernekraft. Verktøyer forlot mer enn 100 reaktorprosjekter på 1970- og 80-tallet, og først nå – ansporet av høye priser på fossilt brensel og en endring i offentlige holdninger – tenker de på å prøve igjen. En fancy drivstoffsyklus ment å støtte en spirende kommersiell industri er ubrukelig hvis det ikke er noen kommersiell industri. Det kjernekraft trenger er å komme i gang snart, og erstatte kilder som slipper ut karbondioksid på en økonomisk og kjedelig måte. Uten det vil ingenting følge.

Matthew L. Wald, en reporter i Washington Bureau of the New York Times , har skrevet om atomindustrien i 27 år.

gjemme seg